DE102021118788A1 - METHODS AND STRUCTURES FOR IMPROVED FERROELECTRIC RANDOM ACCESS MEMORY (FeRAM) - Google Patents
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Abstract
Einige Ausführungsformen betreffen eine ferroelektrische Direktzugriffsspeichervorrichtung (Ferroelectric Random-Access Memory, FeRAM). Die FeRAM-Vorrichtung umfasst eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die über der ferroelektrischen Struktur liegt. Die obere Elektrode hat eine erste Breite, die zwischen äußersten Seitenwänden der oberen Elektrode gemessen wird. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode. Die ferroelektrische Struktur hat eine zweite Breite, die zwischen äußersten Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur gemessen wird. Die zweite Breite ist größer als die erste Breite, dergestalt, dass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung aufweist, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt. Eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und bedeckt die äußersten Seitenwände der oberen Elektrode.Some embodiments relate to a ferroelectric random-access memory (FeRAM) device. The FeRAM device includes a bottom electrode structure and a top electrode overlying the ferroelectric structure. The top electrode has a first width measured between outermost sidewalls of the top electrode. A ferroelectric structure separates the bottom electrode structure from the top electrode. The ferroelectric structure has a second width measured between outermost sidewalls of the ferroelectric structure. The second width is greater than the first width such that the ferroelectric structure has a protrusion reflecting a difference between the first width and the second width. A sidewall dielectric spacer structure is disposed on the projection and covers the outermost sidewalls of the top electrode.
Description
VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGENREFERENCE TO RELATED APPLICATIONS
Diese Anmeldung ist eine Continuation-In-Part-Anmeldung zu der am 26. Juni 2019 eingereichten
HINTERGRUNDBACKGROUND
Viele moderne elektronische Vorrichtungen enthalten nicht-flüchtigen Speicher. Ein nicht-flüchtiger Speicher ist elektronischer Speicher, der Daten speichern kann, selbst wenn er nicht mit Strom versorgt wird. Ein vielversprechender Kandidat für die nächste Generation von nicht-flüchtigen Speichern ist der ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (Ferroelectric Random-Access Memory, FeRAM). Der FeRAM weist eine relativ einfache Struktur auf und ist mit Herstellungsprozessen für CMOS-Logik (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) kompatibel.Many modern electronic devices contain non-volatile memory. Non-volatile memory is electronic memory that can store data even when it is not powered. A promising candidate for the next generation of non-volatile memory is ferroelectric random-access memory (FeRAM). The FeRAM has a relatively simple structure and is compatible with CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) logic manufacturing processes.
Figurenlistecharacter list
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht einiger Ausführungsformen einer integrierten Schaltung (Integrated Circuit, IC), der eine FeRAM-Zelle umfasst. -
1B veranschaulicht eine Draufsicht auf einige Ausführungsformen einer integrierten Schaltung (IC), der eine FeRAM-Zelle entsprechend1A umfasst. -
1C-1D veranschaulichen Querschnittsansichten anderer Ausführungsformen eines IC, der eine FeRAM-Zelle umfasst. -
2A-2I veranschaulichen Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen eines IC, der einen Speicherbereich mit einer oder mehreren FeRAM-Zellen und einen peripheren Bereich, der eine von dem Speicherbereich beabstandeten Logikschaltung aufweist. -
3-13 veranschaulichen eine Reihe von Querschnittsansichten einiger Ausführungsformen eines Verfahrens zum Bilden eines IC, der eine FeRAM-Zelle umfasst. -
14 veranschaulicht einige Ausführungsformen eines Verfahrens im Format eines Flussdiagramms zum Bilden eines IC, der eine FeRAM-Zelle umfasst.
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1A FIG. 11 illustrates a cross-sectional view of some embodiments of an integrated circuit (IC) that includes a FeRAM cell. -
1B 12 illustrates a top view of some embodiments of an integrated circuit (IC) corresponding to a FeRAM cell1A includes. -
1C-1D 12 illustrate cross-sectional views of other embodiments of an IC that includes a FeRAM cell. -
2A-2I 12 illustrate cross-sectional views of various embodiments of an IC having a memory area including one or more FeRAM cells and a peripheral area including logic circuitry spaced from the memory area. -
3-13 12 illustrate a series of cross-sectional views of some embodiments of a method of forming an IC that includes a FeRAM cell. -
14 FIG. 11 illustrates some embodiments of a method in flowchart format for forming an IC that includes a FeRAM cell.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION
Die vorliegende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele für die Implementierung verschiedener Merkmale dieser Offenbarung bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann das Bilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt gebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal gebildet sein können, so dass das erste und das zweite Merkmal nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Ferner können Bezugszeichen in den verschiedenen Beispielen der vorliegenden Offenbarung wiederholt werden. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schriebt nicht grundsätzlich eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.The present disclosure provides many different embodiments or examples for implementing various features of this disclosure. In the following, specific examples of components and arrangements are described in order to simplify the present disclosure. Of course, these are only examples and are not intended to be limiting. For example, in the following description, forming a first feature over or on top of a second feature may include embodiments where the first and second features are formed in direct contact, and may also include embodiments where additional features are formed between the first and the second feature may be formed such that the first and second features are not necessarily in direct contact. Furthermore, reference numbers may be repeated in the various examples of the present disclosure. This repetition is for the purpose of simplicity and clarity and does not generally dictate any relationship between the various embodiments and/or configurations discussed.
Des Weiteren können räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, im vorliegenden Text zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren veranschaulicht, zu beschreiben. Die räumlich relativen Begriffe sollen auch andere Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht, oder sonstige Ausrichtungen), und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.Furthermore, spatially relative terms, such as "below," "below," "lower," "above," "upper," and the like, may be used herein for ease of description to indicate the relationship of an element or feature one or more other elements or features as illustrated in the figures. The spatially relative terms are intended to encompass other orientations of the device in use or operation besides the orientation shown in the figures. The device may be otherwise oriented (rotated 90 degrees, or other orientations) and the spatially relative descriptors used herein may similarly be interpreted accordingly.
Eine Ein-Transistor-ein-Kondensator-Speicherzelle (One-Transistor One-Capacitor, 1T1C) ist ein Speichertyp, der einen Kondensator und einen Transistor umfasst. Der Kondensator speichert variierende Ladungsniveaus, die einem einzelnen Bit der in dem Kondensator gespeicherten Daten entsprechen, und der Transistor ermöglicht den Zugriff auf den Kondensator für Lese- und Schreiboperationen. Die relativ einfache Struktur der 1T1C-Speicherzelle erlaubt eine hohe Speicherdichte, was zu einer hohen Speicherkapazität und niedrigen Kosten pro Bit führt. 1T1C-Speicherzellen werden in der Regel mit dynamischen Direktzugriffsspeichern (Dynamic Random-Access Memory, DRAM) verwendet. DRAM stößt jedoch an seine Leistungsgrenzen, ist flüchtig, hat einen hohen Stromverbrauch und ist von komplexen Auffrischungsschaltungen abhängig. Nicht-flüchtiger Speicher ist elektronischer Speicher, der nicht in der Lage ist, Daten zu speichern, wenn er nicht mit Strom versorgt wird. Eine vielversprechende Alternative zu DRAM ist der ferroelektrische Direktzugriffsspeicher (Ferroelectric Random-Access Memory, FeRAM). Im Gegensatz zu DRAM hat FeRAM einen geringeren Stromverbrauch, das Potenzial für eine bessere Leistung, ist nicht von komplexen Auffrischungsschaltungen abhängig, und ist nicht-flüchtig.A one-transistor one-capacitor (1T1C) memory cell is a type of memory that includes a capacitor and a transistor. The capacitor stores varying levels of charge corresponding to a single bit of data stored on the capacitor, and the transistor provides access to the capacitor for read and write operations. The relatively simple structure of the 1T1C memory cher cell allows for high storage density, resulting in high storage capacity and low cost per bit. 1T1C memory cells are typically used with dynamic random-access memory (DRAM). However, DRAM has performance limitations, is volatile, consumes high power, and relies on complex refresh circuitry. Non-volatile memory is electronic memory that is incapable of storing data when not powered. A promising alternative to DRAM is ferroelectric random-access memory (FeRAM). Unlike DRAM, FeRAM has lower power consumption, the potential for better performance, does not depend on complex refresh circuitry, and is non-volatile.
FeRAM-Speicherzellen weisen einen Transistor und eine ferroelektrische Kondensatorstruktur auf, die eine ferroelektrische Struktur aufweist, die zwischen einer oberen Elektrode und einer unteren Elektrode aufgenommen ist. Die FeRAM-Speicherzelle ist dafür eingerichtet, ein Datenbit zu speichern, je nachdem, wie Atome in der ferroelektrischen Kondensatorstruktur aufeinander ausgerichtet sind. Zum Beispiel kann ein erster Zustand der FeRAM-Speicherzelle, in dem Atome in der ferroelektrischen Struktur in einer „Aufwärts“-Richtung polarisiert sind, einen binären Wert von „1“ darstellen, während ein zweiter Zustand der FeRAM-Speicherzelle, in dem Atome in der ferroelektrischen Struktur in einer „Abwärts“-Richtung polarisiert sind, einen binären Wert von „o“ darstellen kann, oder umgekehrt.FeRAM memory cells include a transistor and a ferroelectric capacitor structure that includes a ferroelectric structure sandwiched between a top electrode and a bottom electrode. The FeRAM memory cell is configured to store one bit of data depending on how atoms are aligned in the ferroelectric capacitor structure. For example, a first state of the FeRAM memory cell, in which atoms in the ferroelectric structure are polarized in an "up" direction, may represent a binary value of "1", while a second state of the FeRAM memory cell, in which atoms in of the ferroelectric structure are polarized in a "down" direction can represent a binary value of "o", or vice versa.
Wie aus einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu erkennen ist, kann jedoch bei der Herstellung einiger FeRAM-Zellen ein Ätzprozess zu Bedenken im Hinblick auf die Zuverlässigkeit führen. Insbesondere wird während der Herstellung eine untere Elektrodenschicht gebildet, eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht gebildet, und eine obere Elektrodenschicht wird über der ferroelektrischen Schicht gebildet; und eine Maske wird über der oberen Elektrodenschicht gebildet. Dann wird - mit der Maske an ihrem Platz - ein Ätzvorgang ausgeführt, um durch die obere Elektrodenschicht, die ferroelektrische Schicht und die untere Elektrodenschicht hindurch zu ätzen, um die obere Elektrode, die ferroelektrische Struktur und die untere Elektrode zu bilden. Wie die Erfinder erkannt haben, kann dieses Ätzen dazu führen, dass sich Atome, die im Verlauf des Ätzvorgangs aus diesen Schichten entfernt werden, unbeabsichtigt als leitfähige Rückstände an den Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur erneut ablagern. Diese leitfähigen Rückstände können schließlich die untere Elektrode mit der oberen Elektrode kurzschließen, was zu einem Ausfall und/oder zur Unbrauchbarkeit der FeRAM-Vorrichtung führt.However, as can be appreciated from some aspects of the present disclosure, an etch process in the manufacture of some FeRAM cells may raise reliability concerns. Specifically, during fabrication, a bottom electrode layer is formed, a ferroelectric layer is formed over the bottom electrode layer, and a top electrode layer is formed over the ferroelectric layer; and a mask is formed over the top electrode layer. Then, with the mask in place, an etch is performed to etch through the top electrode layer, ferroelectric layer, and bottom electrode layer to form the top electrode, ferroelectric structure, and bottom electrode. As the inventors have recognized, this etch can result in atoms removed from these layers during the course of the etch being inadvertently redeposited as conductive residues on the sidewalls of the ferroelectric structure. These conductive residues can eventually short the bottom electrode to the top electrode, resulting in failure and/or rendering the FeRAM device unusable.
Daher verwendet die vorliegende Offenbarung eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur, die entlang äußerer Seitenwände der oberen Elektrode angeordnet ist. Diese dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur wirkt als eine elektrische Barriere, um zu verhindern, dass leitfähige Rückstände, die bei der Herstellung der Vorrichtung entstehen, die untere Elektrode mit der oberen Elektrode kurzschließen. Somit tragen dieser dielektrische Seitenwand-Abstandhalter und der entsprechende Herstellungsprozess zur Verbesserung der Produktionsausbeute von FeRAM-Vorrichtungen bei.Therefore, the present disclosure uses a dielectric sidewall spacer structure disposed along outer sidewalls of the top electrode. This dielectric sidewall spacer structure acts as an electrical barrier to prevent conductive residues generated during device fabrication from shorting the bottom electrode to the top electrode. Thus, this dielectric sidewall spacer and manufacturing process contributes to improving the production yield of FeRAM devices.
In
Die untere Elektrodenstruktur 104 liegt über einem unteren Elektrodendraht 106be und ist mit diesem elektrisch gekoppelt. Der untere Elektrodendraht 106be kann zum Beispiel Aluminium-Kupfer, Kupfer, Aluminium, ein oder mehrere andere geeignete leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Im Sinne des vorliegenden Textes kann ein Begriff mit dem Suffix „(s)“ zum Beispiel für die Einzahl oder die Mehrzahl stehen. In einigen Ausführungsformen hat die untere Elektrodenstruktur 104 ein T-förmiges Profil oder ein anderes geeignetes Profil. In einigen Ausführungsformen ist die untere Elektrodenstruktur 104 homogen (zum Beispiel, wenn der gesamte Körper der unteren Elektrodenstruktur 104 ein einziges Material ist). In anderen Ausführungsformen ist die untere Elektrodenstruktur 104 heterogen (zum Beispiel, wenn der Körper der unteren Elektrodenstruktur 104 mehrere Schichten und/oder Materialien enthält). Die untere Elektrodenstruktur 104 kann zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, ein oder mehrere andere geeignete leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die untere Elektrodenstruktur 104 umfasst eine untere Elektrode 108 und eine untere Elektroden-Durchkontaktierung 110. Zum Beispiel können die untere Elektrode 108 und die untere Elektroden-Durchkontaktierung 110 einzelne Regionen der untere Elektrodenstruktur 104 sein.The
Die untere Elektrode 108 ist durch die untere Elektroden-Durchkontaktierung 110, die sich von der unteren Elektrode 108 zu dem unteren Elektrodendraht 106be erstreckt, elektrisch mit dem unteren Elektrodendraht 106be gekoppelt. In einigen Ausführungsformen umfasst die ferroelektrische Struktur einen oberen ferroelektrischen Abschnitt 112A, der die erste Breite aufweist, einen unteren ferroelektrischen Abschnitt 112B, der die zweite Breite aufweist, und einen Vorsprung 119, der einer Höhe entspricht, wo der obere ferroelektrische Abschnitt 112A auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt 112B trifft. Somit veranschaulicht
Die ferroelektrische Struktur 112 liegt über der unteren Elektrodenstruktur 104. Die ferroelektrische Struktur 112 kann zum Beispiel Strontium-Wismut-Tantalit (zum Beispiel SBT), Blei-Zirkonat-Titanat (zum Beispiel PZT), Hafnium-Zirkonium-Oxid (zum Beispiel HZO), dotiertes Hafnium-Oxid (zum Beispiel Si:HfO2), ein oder mehrere andere geeignete ferroelektrische Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Das dotierte Hafniumoxid kann zum Beispiel mit Zirkonium, Silizium, Yttrium, Aluminium, Gadolinium, Lanthan, Strontium, einem oder mehreren anderen geeigneten Elementen oder einer beliebigen Kombination des oben Genannten dotiert sein. Die ferroelektrische Struktur 112 ist dafür eingerichtet, ein Datenbit zu speichern. Zum Beispiel können in einem ersten Zustand Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Aufwärts“-Richtung polarisiert sein und einen binären Wert von „1“ darstellen, während in einem zweiten Zustand Atome in der ferroelektrischen Struktur 112 in einer „Abwärts“-Richtung polarisiert sind und einen binären Wert von „0“ darstellen können, oder umgekehrt.
Eine obere Elektrode 114 liegt über der ferroelektrischen Struktur 112. Die obere Elektrode 114 kann zum Beispiel Titannitrid, Tantalnitrid, Titan, Tantal, Platin, Iridium, Ruthenium, Wolfram, Silber, Kupfer, Nickel, ein oder mehrere andere geeignete leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die obere Elektrode hat eine erste Breite w1, zwischen ihren äußersten Seitenwänden gemessen, und die ferroelektrische Struktur hat eine zweite Breite w2, zwischen ihren äußersten Seitenwänden gemessen. Die zweite Breite ist größer als die erste Breite, dergestalt, dass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung 119 aufweist, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt.A
In einigen Ausführungsformen liegt eine Hartmaske 116 über der oberen Elektrode 114. Die Hartmaske 116 kann zum Beispiel als eine Maske während des Bildens der oberen Elektrode 114, der ferroelektrischen Struktur 112 und der unteren Elektrode 108 dienen. Des Weiteren kann die Hartmaske 116 zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.In some embodiments, a
Eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur 118 befindet sich an äußeren Seitenwänden der ferroelektrischen Struktur 112 und kann sich teilweise in eine Oberseite (obere Oberfläche) der ferroelektrischen Struktur 112 erstrecken. Eine Unterseite der dielektrischen Seitenwand-Abstandhalterstruktur ruht auf dem Vorsprung 119 und ist von einer Oberseite der unteren Elektrode 108 beabstandet. Im Querschnitt betrachtet, umfasst die dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur 118 ein Paar Abstandhaltersegmente, und die Abstandhaltersegmente befinden sich jeweils auf gegenüberliegenden Außenseiten der ferroelektrischen Struktur 112. Die Abstandhaltersegmente haben gekrümmte obere Seitenwände. Im Querschnitt von
Wie in
In einigen Ausführungsformen umgeben eine erste dielektrische Auskleidung 128 und/oder eine zweite dielektrische Auskleidung 130 seitlich die dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur 118, die ferroelektrische Struktur 112 und die untere Elektrode 108. Die erste dielektrische Auskleidung 128 kann zum Beispiel als ein Ätzstopp während der Bildung benachbarter Durchkontaktierungen dienen und/oder kann zum Beispiel Siliziumcarbid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die zweite dielektrische Schicht 130 kann zum Beispiel TEOS-Siliziumdioxid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.In some embodiments, a first
Ein oberer Elektrodendraht 106te und eine obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te liegen über der oberen Elektrode 114. Die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te erstreckt sich von dem oberen Elektrodendraht 106te zur oberen Elektrode 114, um den oberen Elektrodendraht 106te elektrisch mit der oberen Elektrode 114 zu koppeln. In einigen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te das gleiche Material. In anderen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te unterschiedliche Materialien. In einigen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te miteinander integriert und/oder verlaufen durchgängig miteinander. In anderen Ausführungsformen sind der obere Elektrodendraht 106te und die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te voneinander unabhängig und/oder eigenständig.A top electrode wire 106te and a top electrode via 120te overlie
Der untere und der obere Elektrodendraht 106be, 106te, die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te und die ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 sind von einer dielektrischen Struktur umgeben. Die dielektrische Struktur umfasst eine untere dielektrische Interconnect-Schicht 122, eine dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124, die über der unteren dielektrischen Interconnect-Schicht 122 liegt, und eine obere dielektrische Interconnect-Schicht 126, die über der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 liegt. Die dielektrische Struktur kann zum Beispiel Tetraethylorthosilikat-Siliziumdioxid (TEOS-Siliziumdioxid), ein anderes geeignetes Siliziumdioxid, Siliziumoxynitrid, ein Dielektrikum mit niedrigem K-Wert, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Im Sinne des vorliegenden Textes kann ein Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert zum Beispiel ein Dielektrikum sein, das eine Dielektrizitätskonstante κ von weniger als etwa 3,9, 3, 2 oder 1 aufweist. In einigen Ausführungsformen sind die untere und die obere dielektrische Interconnect-Schicht 122, 126 Siliziumoxid, ein Dielektrikum mit niedrigem κ-Wert, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten oder umfassen diese, und/oder die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 ist Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten oder umfassen diese.The bottom and top electrode wires 106be, 106te, the top electrode via 120te, and the
In
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Innerhalb der Speicherregion 402 definiert die ferroelektrische Kondensatorstruktur 102 von
Der Zugangstransistor 304 umfasst ein Paar Speicher-Source/Drain-Regionen 310, einen selektiv leitfähigen Speicherkanal 312, eine Speicher-Gate-Dielektrikumschicht 314 und eine Speicher-Gate-Elektrode 316. Die Speicher-Source/Drain-Regionen 310 und der selektiv leitfähige Speicherkanal 312 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 308 angeordnet, und der selektiv leitfähige Speicherkanal 312 erstreckt sich seitlich von einer der Speicher-Source/Drain-Regionen 310 zu einer anderen der Speicher-Source/Drain-Regionen 310. Die Speicher-Gate-Dielektrikumschicht 314 und die Speicher-Gate-Elektrode 316 sind über das Halbleitersubstrat 308 gestapelt und sind zwischen den Speicher-Source/Drain-Regionen 310 aufgenommen. Die Speicher-Gate-Dielektrikumschicht 314 kann zum Beispiel Siliziumoxid, eine dielektrische Schicht mit hohem k-Wert, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die Speicher-Gate-Elektrode 316 kann zum Beispiel dotiertes Polysilizium, Metall, ein oder mehrere andere geeignete leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.
In einigen Ausführungsformen erstreckt sich eine Isolationsstruktur 318 in die Oberseite des Halbleitersubstrats 308, um eine elektrische Isolierung zwischen dem Zugangstransistor 304 und anderen Halbleitervorrichtungen in dem Halbleitersubstrat 308 bereitzustellen. In einigen Ausführungsformen umgibt die Isolationsstruktur 318 seitlich einen aktiven Bereich des Zugangstransistors 304. Die Isolationsstruktur 318 kann zum Beispiel eine Flachgrabenisolationsstruktur (Shallow Trench Isolation, STI), eine Tiefgrabenisolationsstruktur (Deep Trench Isolation, DTI), eine oder mehrere andere geeignete Isolationsstrukturen oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.In some embodiments, an
Die Interconnect-Struktur 306 liegt über dem Zugangstransistor 304 und dem Halbleitersubstrat 308. Die Interconnect-Struktur 306 umfasst eine dielektrische Struktur, und umfasst des Weiteren mehrere Drähte 106 und mehrere Durchkontaktierungen 120. Zur übersichtlicheren Veranschaulichung sind nur einige der Drähte 106 und Durchkontaktierungen 120 beschriftet, während andere nicht beschriftet sind. Die dielektrische Struktur umfasst die untere dielektrische Interconnect-Schicht 122, die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124, die über der unteren dielektrischen Interconnect-Schicht 122 liegt, und die obere dielektrische Interconnect-Schicht 126, die über der dielektrischen Durchkontaktierungsschicht 124 liegt. In einigen Ausführungsformen umfasst die dielektrische Struktur des Weiteren eine erste dielektrische Auskleidung 128 und/oder eine zweite dielektrische Auskleidung 130. Die erste und/oder die zweite dielektrische Auskleidung 128, 130 trennen des Weiteren die ferroelektrische Struktur 112 und die dielektrische Durchkontaktierungsschicht 124 von der oberen dielektrischen Interconnect-Schicht 126. Die erste dielektrische Auskleidung 128 kann zum Beispiel als ein Ätzstopp während der Bildung benachbarter Durchkontaktierungen dienen und/oder kann zum Beispiel Siliziumcarbid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die zweite dielektrische Schicht 130 kann zum Beispiel TEOS-Siliziumdioxid, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.
Die mehreren Drähte 106 umfassen den unteren und den oberen Elektrodendraht 106be, 106te, und die mehreren Durchkontaktierungen 120 umfassen die obere Elektroden-Durchkontaktierung 120te. Die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 sind abwechselnd in der dielektrischen Struktur gestapelt, um leitfähige Pfade zu definieren, von denen einer den unteren Elektrodendraht 106be elektrisch mit einer der Speicher-Source/Drain-Regionen 310 koppelt. Des Weiteren sind die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 zu Drahtebenen bzw. Durchkontaktierungsebenen gruppiert. Eine Drahtebene ist ein Satz von Drähten mit einer gemeinsamen Höhe über dem Halbleitersubstrat 308, und eine Durchkontaktierungsebene ist ein Satz von Durchkontaktierungen mit einer gemeinsamen Höhe über dem Halbleitersubstrat 308. Der obere Elektrodendraht 106te befindet sich in der Drahtebene unmittelbar oberhalb der Drahtebene, die den unteren Elektrodendraht 106be aufnimmt. In einigen Ausführungsformen, wie veranschaulicht, befindet sich der untere Elektrodendraht 106be in der Drahtebene 4, die in einigen Kontexten auch als Metall4 (M4) bezeichnet werden kann. In anderen Ausführungsformen kann sich der untere Elektrodendraht 106be jedoch auch in jeder anderen Drahtebene/Metallschicht befinden. Zum Beispiel kann der untere Elektrodendraht 106be in anderen Ausführungsformen auch in der Drahtebene 1 liegen.The plurality of
Die erste Speicherkondensatorstruktur 102a, der Zugangstransistor 304 und die elektrischen Interconnect-Verbindungen zwischen der ersten Speicherkondensatorstruktur 102a und dem Zugangstransistor 304 definieren eine erste 1T1C-FeRAM-Speicherzelle. Es ist zu beachten, dass die elektrischen Interconnect-Verbindungen zwischen der ersten Speicherkondensatorstruktur 102a und dem Zugangstransistor 304 durch die Drähte 106 und die Durchkontaktierungen 120 definiert werden. In einigen Ausführungsformen ist die erste 1T1C-FeRAM-Speicherzelle eine von vielen 1T1C-FeRAM-Speicherzellen, die in Reihen und Spalten angeordnet sind, um ein Speicherarray zu definieren. In einigen dieser Ausführungsformen umfassen die mehreren Drähte 106 einen Source-Leitungsdraht 106sl, der eine Source-Leitung des Speicherarrays definiert, die Speicher-Gate-Elektrode 316 definiert eine Wortleitung des Speicherarrays, der obere Elektrodendraht 106te definiert eine Bitleitung des Speicherarrays, oder eine beliebige Kombination des oben Genannten. Der untere Elektrodendraht 106be und der Source-Leitungsdraht 106sl können zum Beispiel jeweils elektrisch mit den Speicher-Source/Drain-Regionen 310 gekoppelt sein.The first
In der peripheren Region 404 des IC sind die Metallschichten der Interconnect-Struktur in den gleichen Abständen oder Höhen angeordnet wie in der Speicherregion 402. Die periphere Region 404 weist einen Logiktransistor 408 auf, der ein Paar logische Source-/Drain-Regionen 410, einen selektiv leitfähigen Logikkanal 412, eine Logik-Gate-Dielektrikumschicht 414 und eine Logik-Gate-Elektrode 416 umfasst. Die logischen Source/Drain-Regionen 410 und der selektiv leitfähige logische Kanal 412 sind innerhalb des Halbleitersubstrats 308 angeordnet, und der selektiv leitfähige logische Kanal 412 erstreckt sich seitlich von einer der logischen Source/Drain-Regionen 410 zu einer anderen der logischen Source/Drain-Regionen 410. Die Logik-Gate-Dielektrikumschicht 414 und die Logik-Gate-Elektrode 416 sind über das Halbleitersubstrat 308 gestapelt und sind zwischen den Logik-Source/Drain-Regionen 410 aufgenommen. Die Logik-Gate-Dielektrikumschicht 414 kann zum Beispiel Siliziumoxid, eine dielektrische Schicht mit hohem k-Wert, ein oder mehrere andere geeignete Dielektrika oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen. Die Logik-Gate-Elektrode 416 kann zum Beispiel dotiertes Polysilizium, Metall, ein oder mehrere andere geeignete leitfähige Materialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.In the
Zum Beispiel veranschaulichen die
Unter Bezug auf die
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Ein Prozess zum Bilden des Stapels kann zum Beispiel das Abscheiden der oberen leitfähigen Körperschicht 802, das anschließende Abscheiden der ferroelektrischen Schicht 804, das anschließende Abscheiden der oberen Elektrodenschicht 806 und das anschließende Abscheiden der Hartmaskenschicht 808 umfassen. Die obere leitfähige Körperschicht 802, die ferroelektrische Schicht 804, die obere Elektrodenschicht 806 und die Hartmaskenschicht 808 können zum Beispiel durch CVD, PVD, ALD, stromloses Plattieren, Galvanisieren, einen oder mehrere andere geeignete Abscheidungsprozesse oder eine beliebige Kombination des oben Genannten abgeschieden werden.A process for forming the stack may include depositing the top
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Das Strukturieren kann zum Beispiel durch einen Ätzprozess, einen oder mehrere andere geeignete Strukturierungsprozess oder eine beliebige Kombination des oben Genannten erfolgen. Der Ätzprozess kann zum Beispiel umfassen: Bilden einer Maske 902 auf der Hartmaskenschicht 116, und Durchführen eines Ätzvorgangs in die obere Elektrodenschicht und die Hartmaskenschicht hinein mit der Maske 902 an ihrem Platz, wodurch die oberen Elektroden 114 und die Hartmaske 116 gebildet werden. Die Maske 902 kann nach dem Ätzen entfernt werden. Die Maske 902 kann zum Beispiel Photoresist, einer Hartmaske und/oder ein oder mehrere andere geeignete Maskenmaterialien oder eine beliebige Kombination des oben Genannten sein oder umfassen.The patterning can be done, for example, by an etching process, one or more other suitable patterning processes, or any combination of the above. The etch process may include, for example, forming a
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Bei Vorgang 1402 wird eine untere Elektrodenschicht gebildet, und eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht gebildet. Eine obere Elektrodenschicht wird über der ferroelektrischen Schicht gebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten der
Bei Vorgang 1404 wird eine Maske über der oberen Elektrodenschicht gebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei Vorgang 1406 wird - mit der Maske an ihrem Platz - ein Ätzvorgang ausgeführt, um einen Abschnitt der oberen Elektrodenschicht zu entfernen und eine obere Elektrodenstruktur zurückzulassen. Der Ätzvorgang wird in einer Höhe gestoppt, die einer Oberfläche der ferroelektrischen Schicht entspricht. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei Vorgang 1408 wird eine konforme dielektrische Schicht über der Oberfläche der ferroelektrischen Schicht, entlang Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur und über einer Oberseite der oberen Elektrodenstruktur gebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei Vorgang 1410 wird die konforme dielektrische Schicht zurückgeätzt, um eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur auf der Oberfläche der ferroelektrischen Schicht und entlang Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur und entlang Seitenwänden der Maske zu bilden. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei 1412 werden - mit der Maske und der dielektrischen Seitenwand-Abstandhalterstruktur an ihrem Platz - ein Abschnitt der ferroelektrischen Schicht und ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht entfernt. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei 1414 wird eine erste Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der dielektrischen Seitenwand-Abstandhalterstruktur und über einer Oberseite der Hartmaske gebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei 1416 wird eine zweite Auskleidung entlang äußerster Seitenwände der ersten Auskleidung und über einer Oberseite der ersten Auskleidung gebildet. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Bei 1418 wird eine Durchkontaktierung durch die erste Auskleidung und durch die zweite Auskleidung hindurch gebildet, um einen elektrischen Kontakt mit der oberen Elektrode herzustellen. In einigen Ausführungsformen kann diese Aktion zum Beispiel der Gesamtheit oder Abschnitten von
Einige Ausführungsformen betreffen somit eine Speichervorrichtung. Die Speichervorrichtung umfasst eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrodenstruktur liegt. Die obere Elektrode hat eine erste Breite. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode, und die ferroelektrische Struktur hat eine zweite Breite, die größer ist als die erste Breite, dergestalt, dass die ferroelektrische Struktur einen Vorsprung aufweist, der eine Differenz zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite widerspiegelt. Eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und bedeckt äußerste Seitenwände der oberen Elektrode.Some embodiments thus relate to a memory device. The memory device includes a bottom electrode structure and a top electrode overlying the bottom electrode structure. The top electrode has a first width. A ferroelectric structure separates the bottom electrode structure from the top electrode, and the ferroelectric structure has a second width that is greater than the first width, such that the ferroelectric structure has a protrusion that is a difference between the first width and the second width reflects. A sidewall dielectric spacer structure is disposed on the projection and covers outermost sidewalls of the top electrode.
Andere Ausführungsformen betreffen ein Verfahren. Bei diesem Verfahren wird eine untere Elektrodenschicht gebildet, eine ferroelektrische Schicht wird über der unteren Elektrodenschicht gebildet, und eine obere Elektrodenschicht wird über der ferroelektrischen Schicht gebildet. Über der oberen Elektrodenschicht wird eine Maske gebildet. Mit der Maske an ihrem Platz wird ein Ätzvorgang ausgeführt, um einen Abschnitt der oberen Elektrodenschicht zu entfernen und eine obere Elektrodenstruktur zurückzulassen. Der Ätzvorgang stoppt in einer Höhe, die einer Oberfläche der ferroelektrischen Schicht entspricht. Eine konforme dielektrische Schicht wird über der Oberfläche der ferroelektrischen Schicht, entlang Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur und über einer Oberseite der oberen Elektrodenstruktur gebildet. Die konforme dielektrische Schicht wird zurückgeätzt, um eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur auf der Oberfläche der ferroelektrischen Schicht und entlang Seitenwänden der oberen Elektrodenstruktur zu bilden. Mit der Maske und der dielektrischen Seitenwand-Abstandhalterstruktur an ihrem Platz werden ein Abschnitt der ferroelektrischen Schicht und ein Abschnitt der unteren Elektrodenschicht entfernt.Other embodiments relate to a method. In this method, a lower electrode layer is formed, a ferroelectric layer is formed over the lower electrode layer, and an upper electrode layer is formed over the ferroelectric layer. A mask is formed over the top electrode layer. With the mask in place, an etch is performed to remove a portion of the top electrode layer and a top elec to leave rodent structure behind. Etching stops at a height corresponding to a surface of the ferroelectric layer. A conformal dielectric layer is formed over the surface of the ferroelectric layer, along sidewalls of the top electrode structure, and over a top surface of the top electrode structure. The conformal dielectric layer is etched back to form a sidewall dielectric spacer structure on the surface of the ferroelectric layer and along sidewalls of the top electrode structure. With the mask and dielectric sidewall spacer structure in place, a portion of the ferroelectric layer and a portion of the bottom electrode layer are removed.
Des Weiteren betreffen andere Ausführungsformen eine Speichervorrichtung, die eine untere Elektrodenstruktur und eine obere Elektrode, die über der unteren Elektrodenstruktur liegt, aufweist. Die obere Elektrode hat eine erste Breite, die zwischen äußersten Seitenwänden der oberen Elektrode gemessen wird. Eine ferroelektrische Struktur trennt die untere Elektrodenstruktur von der oberen Elektrode. Die ferroelektrische Struktur umfasst einen oberen ferroelektrischen Abschnitt, der die erste Breite aufweist, und einen unteren ferroelektrischen Abschnitt, der eine zweite Breite aufweist, die größer ist als die erste Breite, dergestalt, dass ein Vorsprung einer Höhe entspricht, wo der obere ferroelektrische Abschnitt auf den unteren ferroelektrischen Abschnitt trifft. Eine dielektrische Seitenwand-Abstandhalterstruktur ist auf dem Vorsprung angeordnet und bedeckt äußerste Seitenwände der oberen Elektrode.Furthermore, other embodiments relate to a memory device having a bottom electrode structure and a top electrode overlying the bottom electrode structure. The top electrode has a first width measured between outermost sidewalls of the top electrode. A ferroelectric structure separates the bottom electrode structure from the top electrode. The ferroelectric structure includes a top ferroelectric portion having the first width and a bottom ferroelectric portion having a second width greater than the first width such that a protrusion corresponds to a height where the top ferroelectric portion is hits the lower ferroelectric section. A sidewall dielectric spacer structure is disposed on the projection and covers outermost sidewalls of the top electrode.
Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen umrissen, damit der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte erkennen, dass die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als Grundlage für die Ausgestaltung oder Abwandlung anderer Prozesse und Strukturen verwendet werden kann, um die gleichen Zwecke und/oder die gleichen Vorteile wie bei den im vorliegenden Text vorgestellten Ausführungsformen zu erreichen. Der Fachmann sollte ferner erkennen, dass solche äquivalenten Bauformen nicht von dem Wesen und dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass verschiedene Änderungen, Substituierungen und Modifizierungen hierein vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.Features of various embodiments are outlined above so that those skilled in the art may better understand aspects of the present disclosure. Those skilled in the art should appreciate that the present disclosure can readily be used as a basis for designing or modifying other processes and structures to achieve the same purposes and/or advantages as the embodiments presented herein. It should further be appreciated by those skilled in the art that such equivalent constructions do not depart from the spirit and scope of the present disclosure and that various changes, substitutions and modifications can be made herein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.
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